Diep in de aarde, wervelend vloeibaar ijzer genereert het beschermende magnetische veld van onze planeet. Dit magnetische veld is onzichtbaar, maar essentieel voor het leven op het aardoppervlak:het beschermt de planeet tegen schadelijke zonnewind en kosmische straling van de zon.

Gezien het belang van het magnetische veld, wetenschappers hebben geprobeerd erachter te komen hoe het veld in de loop van de geschiedenis van de aarde is veranderd. Die kennis kan aanwijzingen geven om de toekomstige evolutie van de aarde te begrijpen, evenals de evolutie van andere planeten in het zonnestelsel.

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Rochester levert bewijs dat het magnetische veld dat zich voor het eerst rond de aarde vormde, nog sterker was dan wetenschappers eerder dachten. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift PNAS , zal wetenschappers helpen conclusies te trekken over de duurzaamheid van het magnetische schild van de aarde en of er andere planeten in het zonnestelsel zijn met de voorwaarden die nodig zijn om leven te herbergen.

"Dit onderzoek vertelt ons iets over de vorming van een bewoonbare planeet, " zegt John Tarduno, de William R. Kenan, jr., Hoogleraar Aard- en Milieuwetenschappen en Dean of Research for Arts, Wetenschappen, en Engineering in Rochester. "Een van de vragen die we willen beantwoorden, is waarom de aarde evolueerde zoals ze deed en dit geeft ons nog meer bewijs dat de magnetische afscherming heel vroeg op de planeet werd geregistreerd."

Het magnetisch veld van de aarde vandaag

Het huidige magnetische schild wordt gegenereerd in de buitenste kern van de aarde. De intense hitte in de dichte binnenkern van de aarde zorgt ervoor dat de buitenste kern - bestaande uit vloeibaar ijzer - gaat wervelen en karnen, het opwekken van elektrische stromen, en het besturen van een fenomeen genaamd de geodynamo, die het magnetische veld van de aarde aandrijft. De stromen in de vloeibare buitenkern worden sterk beïnvloed door de warmte die uit de vaste binnenkern stroomt.

Vanwege de locatie en extreme temperaturen van materialen in de kern, wetenschappers kunnen het magnetische veld niet direct meten. Gelukkig, mineralen die naar het aardoppervlak stijgen, bevatten kleine magnetische deeltjes die de richting en intensiteit van het magnetische veld vergrendelen op het moment dat de mineralen afkoelen uit hun gesmolten toestand.

Met behulp van nieuwe paleomagnetische, elektronen microscoop, geochemisch, en paleointensiteitsgegevens, de onderzoekers dateerden en analyseerden zirkoonkristallen - de oudste bekende terrestrische materialen - verzameld op locaties in Australië. de zirkonen, die ongeveer twee tiende van een millimeter zijn, bevatten nog kleinere magnetische deeltjes die de magnetisatie van de aarde opsluiten op het moment dat de zirkonen werden gevormd.

Magnetisch veld van de aarde 4 miljard jaar geleden

Uit eerder onderzoek van Tarduno bleek dat het magnetische veld van de aarde minstens 4,2 miljard jaar oud is en al bijna net zo lang bestaat als de planeet. De binnenkern van de aarde, anderzijds, is een relatief recente toevoeging:het ontstond pas ongeveer 565 miljoen jaar geleden, volgens onderzoek gepubliceerd door Tarduno en zijn collega's eerder dit jaar.

Hoewel de onderzoekers aanvankelijk dachten dat het vroege magnetische veld van de aarde een zwakke intensiteit had, de nieuwe zirkoongegevens suggereren een sterker veld. Maar, omdat de binnenkern nog niet gevormd was, het sterke veld dat zich oorspronkelijk 4 miljard jaar geleden ontwikkelde, moet door een ander mechanisme zijn aangedreven.

"We denken dat dat mechanisme chemische neerslag is van magnesiumoxide in de aarde, ' zegt Tarduno.

Het magnesiumoxide is waarschijnlijk opgelost door extreme hitte die verband houdt met de gigantische impact die de maan van de aarde heeft gevormd. Toen de binnenkant van de aarde afkoelde, magnesiumoxide kan neerslaan, aandrijvende convectie en de geodynamo. De onderzoekers geloven dat de binnenaarde uiteindelijk de magnesiumoxidebron heeft uitgeput tot het punt dat het magnetische veld 565 miljoen jaar geleden bijna volledig instortte.

Maar de vorming van de binnenkern zorgde voor een nieuwe bron voor de geodynamo en het planetaire magnetische schild dat de aarde tegenwoordig heeft.

Een magnetisch veld op Mars

"Dit vroege magnetische veld was buitengewoon belangrijk omdat het de atmosfeer en de waterafvoer van de vroege aarde afschermde toen de zonnewinden het meest intens waren, Tarduno zegt. "Het mechanisme van veldgeneratie is vrijwel zeker belangrijk voor andere lichamen zoals andere planeten en exoplaneten."

Een leidende theorie, bijvoorbeeld, is dat Mars, zoals de aarde, had al vroeg in zijn geschiedenis een magnetisch veld. Echter, op Mars, het veld stortte in en, in tegenstelling tot de aarde, Mars heeft geen nieuwe voortgebracht.

"Toen Mars zijn magnetische afscherming verloor, het verloor toen zijn water, ' zegt Tarduno. 'Maar we weten nog steeds niet waarom de magnetische afscherming is ingestort. Vroege magnetische afscherming is erg belangrijk, maar we zijn ook geïnteresseerd in de duurzaamheid van een magnetisch veld. Deze studie geeft ons meer gegevens om de reeks processen te achterhalen die het magnetische schild op aarde in stand houden."